ES2310508T3 - Proceso para producir un cable electrico, particularmente para la transmision o distribucion de corriente continua de alto voltaje. - Google Patents
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Abstract
Proceso para preparar un cable eléctrico que comprende por lo menos un conductor y por lo menos una capa de recubrimiento aislante extruido, el cual incluye: - se recubre, mediante extrusión, el conductor con una composición polimérica que comprende un polietileno, un iniciador de radicales y por lo menos un ácido carboxílico insaturado de fórmula general (I) en forma libre: (Ver fórmula) en la que: - R 1 representa H ó CH 3; - n representa 0 ó 1; estando presente dicho ácido carboxílico insaturado en una cantidad de entre 0,0006% y 0,25% en peso, expresándose dicha cantidad como el contenido en peso de grupos -COOH con respecto al peso total de la composición polimérica; - se calienta el conductor recubierto de esta manera para obtener la reticulación de dicha composición polimérica.
Description
Proceso para producir un cable eléctrico,
particularmente para la transmisión o distribución de corriente
continua de alto voltaje.
La presente invención se refiere a un proceso
para producir un cable eléctrico, particularmente para la
transmisión o distribución de corriente continua de alto
voltaje.
Más particularmente, la presente invención se
refiere a un proceso para preparar un cable eléctrico,
particularmente para la transmisión o distribución de corriente
continua de alto voltaje, el cual es adecuado para una instalación
bien terrestre o bien submarina, que comprende la fase de producir
por lo menos un recubrimiento aislante para dicho cable mediante
reticulación en caliente de una composición polimérica que comprende
un polietileno, un iniciador de radicales y una cantidad pequeña de
un ácido carboxílico insaturado.
Por otra parte, la presente invención se refiere
a un cable para la transmisión o distribución de corriente continua
de alto voltaje en el que el recubrimiento aislante consta de la
composición polimérica antes mencionada.
A efectos de la presente descripción y de las
reivindicaciones, la expresión "alta tensión" significa una
tensión mayor que 35 kV.
Los cables usados generalmente para la
transmisión de corriente continua de alto voltaje, bien por líneas
terrestres o bien, particularmente, por líneas submarinas, son
cables conocidos comúnmente en la técnica, tales como cables
impregnados en masa en los cuales el conductor, recubierto con una
primera capa semiconductora, se aísla eléctricamente al enrollarlo
con un material aislante, generalmente papel o laminados multicapa
de papel/polipropileno/papel, el cual a continuación se impregna
totalmente con una mezcla con una alta resistividad eléctrica y una
alta viscosidad, generalmente un aceite de hidrocarburo que contiene
un agente potenciador de la viscosidad. A continuación, el cable
comprende una capa semiconductora adicional y una pantalla metálica,
generalmente realizada con plomo, la cual a su vez está rodeada por
al menos una estructura de armadura metálica y por una o más fundas
protectoras de plástico.
Aunque los cables impregnados en masa están
caracterizados por una alta fiabilidad en su funcionamiento incluso
a unos voltajes muy altos (mayores que 150 kV), los mismos presentan
una serie de inconvenientes asociados principalmente a la migración
del fluido aislante en el interior del cable. Particularmente,
durante su uso, el cable está sometido, debido a variaciones en la
intensidad de la corriente transmitida, a ciclos térmicos que
provocan migraciones del fluido en la dirección radial. De hecho,
cuando la corriente transportada aumenta y el cable se calienta, la
viscosidad del fluido aislante se reduce y el fluido se ve sometido
a una dilatación térmica mayor que la totalidad del resto de
componentes con los que está realizado el cable. Esta situación
conduce a una migración del fluido desde la capa aislante hacia el
exterior y, consecuentemente, a un aumento de la presión ejercida
sobre la pantalla metálica, que se deforma en la dirección radial.
Cuando la corriente transportada se reduce y el cable se enfría, el
fluido de impregnación se contrae, mientras que la pantalla
metálica, que está realizada con un material plástico (habitualmente
plomo), queda deformada permanentemente. Por esta razón, esta
situación da como resultado una reducción de la presión interna del
cable, lo cual conduce a la formación de microcavidades en la capa
aislante con el riesgo consiguiente de descargas eléctricas y, por
lo tanto, de perforaciones del aislamiento. El riesgo de
perforaciones aumenta a medida que aumenta el grosor de la capa
aislante y, por lo tanto, a medida que aumenta el voltaje máximo
para el que estaba destinado el cable.
Otra de las soluciones para la transmisión de
corriente continua de alto voltaje consiste en cables con aceite
fluido, en los que el aislamiento lo proporciona un aceite
presurizado de baja viscosidad y alta resistividad eléctrica (bajo
una altura hidrostática). Aunque esta solución es altamente eficaz
para evitar la formación de microcavidades en el aislamiento del
cable, la misma presenta una serie de inconvenientes asociados
principalmente a la complejidad de la construcción y,
particularmente, da como resultado una limitación de la longitud
máxima permisible del cable. Esta limitación de la longitud máxima
es un inconveniente importante, especialmente en relación con su
uso submarino, en el que las longitudes requeridas son habitualmente
muy grandes.
Durante muchos años, la investigación se ha
centrado en la posibilidad de usar poliolefinas reticuladas, y
particularmente polietileno reticulado (XLPE), para producir
materiales aislantes para cables con vistas a la transmisión de
corriente continua. Los materiales aislantes de este tipo ya se
están usando ampliamente en el caso de cables para la transmisión
de corriente alterna. El uso de dichos materiales aislantes también
en el caso de cables para la transmisión de corriente continua
permitiría que dichos cables se usaran a unas temperaturas mayores,
por ejemplo, a 90ºC en lugar de 50ºC, en comparación con los cables
impregnados en masa antes descritos (temperaturas de trabajo
mayores, lo cual posibilita el aumento de la cantidad de corriente
transportada) y eliminaría limitaciones en la longitud permisible
máxima del cable, por contraposición a los cables antes descritos
que contienen aceite fluido.
No obstante, hasta el momento no ha sido posible
aprovechar de forma adecuada y completa dichos materiales
aislantes, particularmente para la transmisión de corriente
continua. Se cree comúnmente que una de las razones principales
para esta limitación es el desarrollo y acumulación de las
denominadas cargas espaciales en el material aislante dieléctrico
cuando dicho material se ve sometido a una corriente continua. Se
cree que las cargas espaciales modifican la distribución del campo
eléctrico y persisten durante periodos prolongados a causa de la
elevada resistividad de los polímeros usados. La acumulación de
cargas espaciales conduce a un aumento local del campo eléctrico,
que consecuentemente es mayor que el que se esperaría considerando
las dimensiones geométricas y las propiedades dieléctricas del
material aislante.
La acumulación de cargas espaciales es un
proceso lento: no obstante, el problema se ve acentuado cuando la
corriente continua transportada por el cable se invierte (en otras
palabras, si se produce una inversión de la polaridad). Como
consecuencia de esta inversión, sobre el campo eléctrico total se
superpone un campo capacitivo y el valor del gradiente máximo se
puede localizar dentro del material aislante.
Es sabido que un tratamiento prolongado de
desgasificación, el cual se puede llevar a cabo, por ejemplo,
sometiendo el material aislante basado en un polímero reticulado a
temperaturas elevadas y/o a un vacío elevado durante un periodo
prolongado, posibilita la obtención de un material aislante que es
capaz de limitar la acumulación de cargas espaciales cuando el
cable se ve sometido a una inversión de la polaridad. En general,
se cree que, gracias a la eliminación de los productos de
descomposición del agente reticulante (por ejemplo, peróxido de
dicumilo el cual forma acetofenona y alcohol cumílico en la
descomposición) con respecto al material aislante, dicho
tratamiento de desgasificación reduce la formación de cargas
espaciales. No obstante, evidentemente un tratamiento prolongado de
desgasificación conduce a un aumento de los tiempos y los costes de
producción.
En los esfuerzos por reducir la acumulación de
cargas espaciales, es una práctica conocida la modificación del
polietileno reticulado (XLPE) mediante la introducción de cantidades
pequeñas de grupos polares.
La solicitud de patente
EP-A-0 463 402 da a conocer un
(co)polímero de etileno que contiene grupos polares
seleccionados de entre grupos cetona, nitrilo y nitro en una
cantidad de entre 20 ppm y 8.000 ppm, presentando dichos grupos
polares un momento dipolar mayor que 0,8 debye. Se dice que dicho
(co)polímero es utilizable como material aislante para
cables de alto voltaje con una rigidez dieléctrica mejorada. Dichos
grupos polares se pueden introducir en el polietileno mediante
varios procesos tales como, por ejemplo:
- -
- mediante copolimerización de un comonómero que contiene dichos grupos polares con etileno;
- -
- mediante mezcla de un polímero o copolímero de etileno que contiene dichos grupos polares con un polietileno convencional;
- -
- mediante oxidación de un polietileno convencional;
- -
- mediante injerto de comonómeros que contienen dichos grupos polares en un polietileno convencional.
La solicitud de patente japonesa JP 10/283 851
da a conocer un cable para la transmisión de corriente continua que
presenta una rigidez dieléctrica mejorada, en presencia de
inversiones de la polaridad o tras aplicaciones de impulsos
eléctricos, en el que el recubrimiento aislante consta de una
composición polimérica que comprende una poliolefina reticulada que
contiene (i) un anhídrido de ácido dicarboxílico y (ii) por lo
menos un monómero que contiene un grupo polar (seleccionado de entre
por lo menos un grupo carbonilo, nitrilo o nitro). Se requieren un
peróxido en particular, más específicamente
2,5-dimetil-2,5-di(t-butilperoxi)hexano,
y un antioxidante en particular, más específicamente un éster de
ácido tiocarboxílico. Dichos grupos (i) y (ii) se pueden introducir
en el polietileno mediante varios procesos tales como, por
ejemplo:
- -
- mediante copolimerización de un comonómero que contiene dichos grupos con una olefina (por ejemplo, etileno);
- -
- mediante injerto de dichos grupos en una poliolefina;
- -
- mediante mezcla de poliolefinas modificadas por injerto con los anteriores grupos (i) y/o (ii) con una poliolefina como tal.
La composición antes mencionada se prepara
mezclando el peróxido, el antioxidante y la poliolefina modificada
según uno de los procesos antes mencionados y calentando para
producir la reticulación.
La solicitud de patente japonesa JP 06/215 645
da a conocer un cable para la transmisión de corriente continua de
alto voltaje que presenta una acumulación reducida de cargas
espaciales. El recubrimiento aislante se prepara mediante
reticulación en caliente de una mezcla de un polietileno, un
peróxido orgánico que presenta una semivida a 130ºC mayor que 5
horas y un ácido seleccionado de entre ácido itacónico y ácido
crotónico en una cantidad menor que 5 partes en peso por cada 100
partes en peso de polietileno.
La solicitud de patente japonesa JP 05/266 724
da a conocer un cable para la transmisión de corriente continua de
alto voltaje con una acumulación reducida de cargas espaciales. El
recubrimiento aislante se prepara:
- -
- añadiendo al polietileno un compuesto seleccionado, por ejemplo, de entre acetato de vinilo, ácido benzoico, ácido naftoico y ácido acrílico; o
\newpage
- -
- reticulando en caliente una mezcla de polietileno, un peróxido orgánico con una semivida a 130ºC mayor que 5 horas y un compuesto seleccionado, por ejemplo, de entre acetato de vinilo, ácido benzoico, ácido naftoico, ácido acrílico.
Dicho compuesto está presente en una cantidad de
hasta 10 partes en peso por cada 100 partes en peso de
polietileno.
Como se ha mencionado anteriormente, algunas de
las soluciones conocidas de la técnica anterior referentes a
recubrimientos aislantes, particularmente recubrimientos aislantes
para cables para la transmisión de corriente continua de alto
voltaje con una acumulación reducida de cargas espaciales, prevén el
uso de poliolefinas reticuladas, particularmente polietileno
reticulado, que se han modificado de antemano introduciendo
monómeros polares por medio de copolimerización o preinjerto. El
solicitante cree que, cuando las poliolefinas se modifican por
copolimerización, la introducción del monómero polar presenta una
serie de dificultades debido al hecho de que dicho monómero polar
tiende a formar bloques y, por lo tanto, no está distribuido
uniformemente a lo largo de la cadena polimérica. Cuando las
poliolefinas se modifican mediante preinjerto con dichos monómeros
polares usando un iniciador de radicales (por ejemplo, un peróxido
orgánico), como es necesario trabajar con bajas concentraciones de
dicho iniciador de radicales para evitar una reticulación prematura
de la poliolefina, dichos monómeros tienen tendencia a
homopolimerizarse. La presencia de homopolímeros puede dar origen a
zonas ricas en dominios polares que fomentan la acumulación de
cargas espaciales.
Otras soluciones proponen en cambio llevar a
cabo una reticulación en caliente de una composición que comprende
polietileno como tal, un peróxido orgánico y un compuesto que
contiene grupos polares. No obstante, el solicitante cree que,
también en este caso, pueden aparecer una serie de problemas ya que,
actuando tal como se da a conocer en la técnica anterior más arriba
mencionada, aparte de los problemas asociados a la formación de
homopolímeros, el recubrimiento aislante obtenido de esta manera
puede contener compuestos sin reaccionar que resultan difíciles de
eliminar mediante las técnicas habituales de desgasificación debido
a que los mismos son, por ejemplo, relativamente no volátiles.
Además la presencia de compuestos sin reaccionar puede tener un
efecto negativo sobre las propiedades del recubrimiento aislante así
obtenido fomentando la acumulación de cargas espaciales.
El solicitante ha observado también que el uso
de cantidades excesivas de compuestos que contienen grupos polares,
en lugar de reducir la acumulación de cargas espaciales, tiene
tendencia a incrementar dicha acumulación, reduciendo de este modo
las cualidades del rendimiento eléctrico del cable así obtenido.
Por lo tanto, el solicitante ha observado que
existe una necesidad de mejorar el proceso para producir el
recubrimiento aislante para cables, particularmente el recubrimiento
aislante para cables para la transmisión o distribución de
corriente continua de alto voltaje que tienen una acumulación
reducida de cargas espaciales. Más particularmente, el solicitante
ha observado que existe una necesidad de trabajar en condiciones
tales que eviten la formación de homopolímeros y la acumulación de
compuestos sin reaccionar durante el proceso antes mencionado.
Actualmente, el solicitante ha observado que es
posible obtener un recubrimiento aislante para un cable eléctrico,
particularmente para la transmisión o distribución de corriente
continua de alto voltaje, que tiene una acumulación reducida de
cargas espaciales y que resulta adecuado para una instalación tanto
terrestre como submarina, mediante reticulación en caliente de una
composición polimérica que comprende un polietileno, un iniciador
de radicales y una cantidad pequeña de un ácido carboxílico
insaturado según se define posteriormente en el presente documento.
El uso de cantidades pequeñas de dicho ácido carboxílico insaturado
posibilita la obtención de una buena tasa de injerto sin dar origen
a los fenómenos antes mencionados de homopolimerización o de
persistencia de compuestos sin reaccionar lo cual tendería a
fomentar la acumulación de cargas espaciales. De hecho, cuando
queda una pequeña cantidad de ácido carboxílico insaturado sin
reaccionar, este se puede eliminar fácilmente mediante las técnicas
habituales de desgasificación.
En un primer aspecto, la presente invención se
refiere a un proceso para preparar un cable eléctrico,
particularmente para la transmisión o distribución de corriente
continua de alto voltaje, que comprende por lo menos un conductor y
por lo menos una capa de recubrimiento aislante extruido, el cual
incluye:
- -
- se recubre, mediante extrusión, el conductor con una composición polimérica que comprende un polietileno, un iniciador de radicales y por lo menos un ácido carboxílico insaturado de fórmula general (I) en forma libre:
- en la que:
- -
- R_{1} representa H ó CH_{3};
- -
- n representa 0 ó 1; estando presente dicho ácido carboxílico insaturado en una cantidad de entre 0,0006% y 0,25% en peso, preferentemente entre 0,02% y 0,15% en peso, expresándose dicha cantidad como el contenido en peso de
- -
- grupos COOH con respecto al peso total de la composición polimérica;
- -
- se calienta el conductor recubierto de esta manera para obtener la reticulación de dicha composición polimérica.
El iniciador de radicales está presente en la
composición polimérica antes mencionada en una cantidad tal que la
reticulación del polietileno se obtiene después del calentamiento.
Particularmente, la cantidad de iniciador de radicales usada con la
finalidad de la presente invención está entre 0,5 y 5 partes en peso
por 100 partes en peso de la composición polimérica,
preferentemente entre 1,5 y 3 partes en peso por 100 partes en peso
de la composición polimérica.
En la presente descripción y en las
reivindicaciones que se ofrecen a continuación, la definición antes
mencionada "ácido carboxílico insaturado de fórmula general (I) en
forma libre" significa que el ácido carboxílico no se ha
introducido de antemano en el polietileno mediante copolimerización
o preinjerto.
En la presente descripción y en las
reivindicaciones que se ofrecen a continuación, el término
"conductor" significa un elemento conductor como tal, de forma
alargada y realizado preferentemente con un material metálico, o un
elemento conductor recubierto con una capa semiconductora. Tal como
se especificará más claramente de forma posterior en el presente
documento, esta última solución, que prevé el uso de una capa
semiconductora tanto en el interior como en el exterior del
recubrimiento aislante, se usa típicamente para cables
eléctricos.
En un segundo aspecto, la presente invención se
refiere a un cable eléctrico, particularmente para la transmisión o
distribución de corriente continua, obtenido según el proceso antes
descrito.
En un aspecto adicional, la presente invención
se refiere a un cable eléctrico, particularmente para la
transmisión o distribución de corriente continua de alto voltaje,
que comprende por lo menos un conductor y por lo menos una capa de
recubrimiento aislante extruida que consta de una composición
polimérica que comprende un polietileno injertado con por lo menos
un ácido carboxílico insaturado de fórmula general (I):
en la
que:
- -
- R_{1} representa H ó CH_{3};
- -
- n representa 0 ó 1; estando presente dicho ácido carboxílico insaturado en una cantidad de entre 0,0006% y 0,25% en peso, preferentemente entre 0,02% y 0,15% en peso, expresándose dicha cantidad como el contenido en peso de grupos -COOH con respecto al peso total de la composición polimérica.
En un aspecto adicional, la presente invención
se refiere a una composición polimérica que comprende un
polietileno, un iniciador de radiales y por lo menos un ácido
carboxílico insaturado de fórmula general (I) en forma libre:
en la
que:
- -
- R_{1} representa H ó CH_{3};
- -
- n representa 0 ó 1; estando presente dicho ácido carboxílico insaturado en una cantidad de entre 0,0006% y 0,25% en peso, preferentemente entre 0,02% y 0,15% en peso, expresándose dicha cantidad como el contenido en peso de grupos -COOH con respecto al peso total de la composición polimérica.
Según una primera forma de realización
preferida, el ácido carboxílico insaturado de fórmula general (I)
se añade al polietileno en forma de gránulos (preimpregnación de los
gránulos de polietileno).
Dicha primera forma de realización se puede
llevar a cabo usando un dispositivo que sea adecuado para el
tratamiento de gránulos de un material polimérico con cantidades
pequeñas de líquido, actuando en un modo por lotes o continuo,
preferentemente en un modo continuo. Con este fin, por ejemplo, se
puede usar un turbomezclador (tal como un dispositivo de tipo
LICO), que, gracias a su elevada velocidad de giro de entre 500 rpm
y 5.000 rpm, permite que dicho ácido carboxílico se distribuya de
forma rápida y muy eficaz sobre la superficie de los gránulos de
polietileno. El flujo de dichos gránulos y el flujo de dicho líquido
se controlan mediante células de carga y su relación se mantiene
constante automáticamente, por medio de una unidad de control. Los
gránulos de polietileno así tratados se pueden transportar
directamente a la abertura de alimentación de la extrusora, o se
pueden enviar a un digestor en el que dichos gránulos se dejan
durante el tiempo necesario para la absorción del ácido
carboxílico: los mismos se dejan generalmente durante un periodo
menor que 5 minutos, a 20ºC. Dicho digestor, que puede ser
opcionalmente la tolva de carga real de la extrusora, puede
funcionar a una temperatura de entre 20ºC y 90ºC, preferentemente
entre 40ºC y 70ºC. La absorción total del ácido carboxílico añadido
posibilita la obtención tanto de una mejor distribución de este
ácido en el polietileno como de una mejor estabilidad de los
parámetros de extrusión ya que la extrusora se alimenta con gránulos
secos.
De acuerdo con una segunda forma de realización
preferida, el ácido carboxílico insaturado de fórmula general (I)
se añade al polietileno directamente en el cilindro de la extrusora.
Con este fin, el ácido carboxílico se inyecta así por medio de una
bomba adecuada directamente en el cilindro de la extrusora. La
inyección puede tener lugar en una zona inicial del cilindro de la
extrusora en la que el polietileno esté todavía en forma sólida, o
puede tener lugar en una zona subsiguiente en la que el polietileno
esté en forma fundida.
La fase subsiguiente de reticulación se lleva a
cabo según técnicas usadas habitualmente para la reticulación de
polietileno como tal. Con este fin, la reticulación se lleva a cabo
a través de una vía radical por medio de descomposición térmica del
iniciador de radicales, que es preferentemente un peróxido orgánico,
siendo absorbido este material en el polietileno antes de la
extrusión o siendo inyectado directamente en el cilindro de la
extrusora, actuando tal como se ha descrito anteriormente para el
ácido carboxílico insaturado de fórmula general (I).
La temperatura de extrusión para el material que
constituye la capa de recubrimiento aislante se mantiene por debajo
de la temperatura de descomposición del iniciador de radicales
usado. Por ejemplo, cuando se usa peróxido de dicumilo, la
temperatura de la extrusora se mantiene a aproximadamente 130ºC para
evitar la reticulación prematura del material aislante.
La reticulación subsiguiente se lleva a cabo a
una temperatura por encima de la temperatura de descomposición del
iniciador de radicales; por ejemplo, nuevamente en el caso en el que
se usa peróxido de dicumilo, dicha temperatura está entre 180ºC y
280ºC.
La extrusión se lleva a cabo de forma ventajosa
en una sola pasada, por ejemplo, por medio de la técnica
"tándem", en la que se usan extrusoras individuales dispuestas
en serie, o por medio de coextrusión con un cabezal
multiextrusión.
Durante la reticulación subsiguiente, el ácido
carboxílico insaturado de fórmula general (I) se injerta en el
polietileno con rendimientos de injerto de entre el 80% y el 100%.
Si quedan residuos monoméricos polares sin reaccionar, dichos
residuos se pueden eliminar fácilmente mediante desgasificación.
Según una de las formas de realización
preferidas, el polietileno (PE) es un homopolímero de etileno o un
copolímero de etileno con por lo menos una
\alpha-olefina que tiene una densidad de entre
0,860 g/cm^{3} y 0,940 g/cm^{3}, preferentemente entre 0,865
g/cm^{3} y 0,930 g/cm^{3}.
A efectos de la presente descripción y de las
reivindicaciones, el término "\alpha-olefina"
significa una olefina de fórmula general
CH_{2}=CH-R' en la que R' representa un grupo
alquilo lineal o ramificado que contiene entre 1 y 10 átomos de
carbono. La \alpha-olefina se puede seleccionar,
por ejemplo, de entre: propileno, 1-buteno,
1-penteno,
4-metil-1-penteno,
1-hexeno, 1-octeno,
1-dodeceno, y similares. Se prefieren los
siguientes: 1-buteno, 1-hexeno y
1-octeno. La cantidad de
\alpha-olefina opcionalmente presente está en
general entre el 0,5% en moles y el 15% en moles, preferentemente
entre el 1% en moles y el 10% en moles.
El polietileno se selecciona preferentemente de
entre: polietileno de densidad media (MDPE) que presente una
densidad de entre 0,926 g/cm^{3} y 0,940 g/cm^{3}; polietileno
de baja densidad (LDPE) y polietileno lineal de baja densidad
(LLDPE) con una densidad de entre 0,910 g/cm^{3} y 0,926
g/cm^{3}.
Según una de las formas de realización
preferidas, el ácido carboxílico insaturado de fórmula general (I)
se selecciona de entre: ácido acrílico y ácido vinilacético. Se
prefiere particularmente el ácido acrílico.
Según una de las formas de realización
preferidas, el iniciador de radicales es un peróxido orgánico.
Entre los ejemplos específicos de peróxidos orgánicos que son útiles
para este fin se incluyen: peróxido de dicumilo, peróxido de
t-butilcumilo,
2,5-dimetil-2,5-di(t-butilperoxi)hexano,
peróxido de di-t-butilo y similares.
Se prefiere particularmente el peróxido de dicumilo.
La composición polimérica antes descrita puede
comprender opcionalmente una cantidad eficaz de uno o más aditivos
convencionales tales como, por ejemplo, antioxidantes, coadyuvantes
para el procesamiento, lubricantes, pigmentos, retardantes del
deterioro del aislamiento del tipo árbol de agua, estabilizadores
de voltaje, agentes retardantes de la reticulación prematura, y
similares.
Entre los antioxidantes útiles en general para
esta finalidad se incluyen:
4,4'-tiobis(6-t-butil-m-cresol)
(conocido con el nombre comercial Santonox® TBMC de Flexsys),
tetraquis[3-(3,5-di-t-butil-4-hidroxifenil)propioniloximetil]metano
(conocido con el nombre comercial Irganox® 1010 de Ciba),
2,2'-tiobis(4-metil-6-t-butilfenol)
(conocido con el nombre comercial Irganox® 1081 de Ciba),
2,2'-tiodietilenbis[3-(3,5-di-t-butil-4-hidroxifenil)propionato]
(conocido con el nombre comercial Irganox® 1035 de Ciba) y ésteres
de ácido tiocarboxílico, o mezclas de los mismos.
La Figura 1 adjunta ilustra una forma de
realización del cable según la presente invención, y muestra en
particular, en una vista en perspectiva, una sección de cable con
ciertas partes eliminadas paso a paso para mostrar claramente su
estructura.
Haciendo referencia a la Figura 1, el cable 1
según la presente invención comprende secuencialmente, desde el
centro hacia el exterior: un conductor 2, una capa semiconductora
interior 3, una capa de recubrimiento aislante 4, una capa
semiconductora exterior 5, una pantalla metálica 6 y una funda
exterior 7.
El conductor 2 consta en general de hilos
metálicos, preferentemente hilos de cobre y aluminio, entrelazados
entre sí según técnicas convencionales. Las capas semiconductoras
interior y exterior 3 y 5, que constan en general de una
composición polimérica basada en poliolefina que contiene una
sustancia de carga conductora (por ejemplo, negro de carbón), se
extruyen sobre el conductor 2, por separado o juntamente con la capa
de recubrimiento aislante 4 según la presente invención. Alrededor
de la capa semiconductora exterior 5 se coloca habitualmente una
pantalla 6, que consta en general de hilos o cintas eléctricamente
conductores, enrollados helicoidalmente. A continuación, esta
pantalla se cubre con una funda 7, que consta de un material
termoplástico, por ejemplo, polietileno no reticulado (PE) o,
preferentemente, un homopolímero o copolímero de propileno.
Por otra parte, el cable puede estar provisto de
una estructura protectora exterior (no representada en la Figura 1)
que sirve principalmente para proteger el cable contra impactos y/o
compresión mecánicos. Esta estructura de protección puede ser, por
ejemplo, una armadura metálica o una capa de material polimérico
expandido según se da a conocer en la solicitud de patente WO
98/52197.
La Figura 1 muestra solamente una forma de
realización posible de un cable según la presente invención: ni que
decir tiene que en esta forma de realización se pueden aplicar
cambios conocidos en la técnica sin desviarse por lo tanto con
respecto al alcance de la presente invención.
Aunque la presente descripción se centra
principalmente en la preparación de cables eléctricos para la
transmisión o distribución de energía eléctrica de alto voltaje, el
proceso según la presente invención se puede usar para producir un
recubrimiento aislante para dispositivos eléctricos en general.
Particularmente, se puede usar para producir componentes de
accesorios usados en la producción de líneas eléctricas tales como,
por ejemplo, manguitos elásticos para terminales o conexiones.
A continuación se describe adicionalmente la
presente invención en el ejemplo siguiente, el cual se proporciona
meramente con fines ilustrativos y no debería considerarse en modo
alguno como limitativo de la invención.
En un matraz de fondo redondo de 200 ml se
introdujeron con agitación 99,82 g de polietileno de baja densidad
(LDPE LE 4201 S de Borealis, que contenía un 2,1% en peso de
peróxido de dicumilo) y 0,18 g de ácido acrílico (Fluka).
A continuación la temperatura se elevó a 50ºC y
la mezcla se mantuvo a esta temperatura, con agitación, durante
tres horas hasta que el ácido acrílico fue absorbido
completamente.
Actuando tal como se ha descrito anteriormente,
se prepararon las siguientes mezclas:
- -
- 99,64 g de polietileno de baja densidad (LDPE LE 4201 S de Borealis, que contenía un 2,1% en peso de peróxido de dicumilo) y 0,36 g de ácido acrílico (Fluka);
- -
- 99,50 g de polietileno de baja densidad (LDPE LE 4201 S de Borealis, que contenía un 2,1% en peso de peróxido de dicumilo) y 0,50 g de ácido acrílico (Fluka).
A partir de las mezclas obtenidas de esta manera
se prepararon películas mediante moldeo a presión a 130ºC seguido
por una reticulación a 180ºC. Las condiciones del moldeo fueron las
siguientes:
- -
- dimensiones del molde: 20 x 20 cm;
- -
- presión: 170 bares;
- -
- cantidad de material: 4,5 g;
- -
- temperatura de termoformado: 130ºC;
- -
- duración del termoformado: 5 minutos;
- -
- temperatura de reticulación: 180ºC;
- -
- tiempo de reticulación: 30 minutos;
- -
- tiempo de enfriamiento: 30 minutos.
Las películas obtenidas tal como se ha descrito
anteriormente tenían unas dimensiones de 20 x 20 cm y un grosor de
aproximadamente 120 \mum.
De las películas antes mencionadas se cortaron
unas muestras de dimensiones 7 x 7 cm y las mismas se sometieron a
una prueba de envejecimiento eléctrico en presencia de inversión de
la polaridad: los resultados obtenidos se proporcionan en la Tabla
1. Con fines comparativos, se produjeron, tal como se ha descrito
anteriormente, muestras con el mismo polietileno sin adición de
ácido acrílico.
La prueba se llevó a cabo de la manera
siguiente.
Las muestras antes mencionadas se colocaron
entre dos electrodos de acero inoxidable con un perfil de Rogowski,
sumergidas en un aceite de silicona para evitar descargas externas
durante la prueba, y se aplicó un campo eléctrico de corriente
continua igual a 20 kV con polaridad positiva. Después de 1 hora se
invirtió la polaridad y se continuó con la operación de esta manera
durante 6 horas.
La prueba se repitió, aumentando el campo
eléctrico a 25 kV e invirtiendo la polaridad cada hora, durante 6
horas, tal como se ha descrito anteriormente.
Se calcularon los tiempos de vida equivalentes a
un gradiente de voltaje igual a 216 kV/mm a partir de los datos
obtenidos de las pruebas llevadas a cabo sobre 8 muestras sometiendo
dichos datos a un procesado de Weibull, suponiendo una vida n igual
a 12: los resultados se proporcionan en la Tabla 1.
Se produjo un prototipo de cable de alto
voltaje, en el que la capa de recubrimiento aislante constaba de una
composición polimérica según la presente invención.
El cable se preparó mediante coextrusión de las
tres capas, usando una extrusora de tres cabezales, es decir, tres
extrusoras independientes que se abren a un único cabezal de
extrusión, para obtener la coextrusión de los recubrimientos
semiconductores y del recubrimiento aislante.
De este modo, un conductor de aluminio (que
constaba de una pluralidad de hilos de aluminio entrelazados entre
sí para formar una sección transversal de aproximadamente 70
mm^{2}) se recubrió en la línea de extrusión con un recubrimiento
semiconductor interior de un grosor de 0,5 mm que comprendía
etileno/acrilato de butilo y negro de carbón.
Para depositar dicho recubrimiento semiconductor
interior se usó una extrusora Bandera de un solo husillo de 45 mm,
de configuración 20D, provista de cuatro zonas de regulación térmica
usando aceite diatérmico. Sobre dicho recubrimiento semiconductor
interior se extruyó un recubrimiento aislante de un grosor de 5,5 mm
que comprendía polietileno de baja densidad (LDPE LE 4201 S de
Borealis) al que se había añadido un 0,18% en peso de ácido
acrílico. La adición se llevó a cabo inyectando el ácido acrílico en
la abertura de la extrusora, con el uso de una bomba de pistón
Ismatec previamente calibrada, a una velocidad para proporcionar la
concentración deseada igual al 0,18% en peso.
Para depositar dicho recubrimiento aislante
interior se usó una extrusora Bandera de un solo husillo de 100 mm,
en configuración 25D, provista de cinco zonas de regulación térmica
mediante el uso de aceite diatérmico y que presentaba el siguiente
perfil de temperatura: de 115ºC a 125ºC en el cilindro, 115ºC en el
collar y 115ºC en el cabezal.
A continuación, en una posición radialmente
externa a dicho recubrimiento aislante, se extruyó un recubrimiento
semiconductor exterior de un grosor de 0,5 mm que presentaba la
misma composición que el recubrimiento semiconductor interior antes
descrito.
Para depositar dicho recubrimiento semiconductor
exterior se usó una extrusora Bandera de un solo husillo de 60 mm,
en configuración 20D, provista de cinco zonas de regulación térmica
mediante el uso de aceite diatérmico.
La línea de extrusión presentaba una velocidad
de 2 m/minuto.
Usando un microtomo, se recortó una oblea
delgada de un grosor igual a aproximadamente 150 \mum del cable
así obtenido, y la misma se colocó a continuación en un horno a 80ºC
hasta que los subproductos de la reticulación se habían eliminado
completamente.
La muestra obtenida de esta manera se
caracterizó mediante espectroscopia infrarroja (FTIR), en una
máquina precalibrada, usando la relación entre la banda a 1.710
cm^{-1} (ácido acrílico) y la banda a 1.377 cm^{-1}
(polietileno). La medición se repitió, después de tratar la muestra
en un extractor Soxhlet con cloroformo durante 24 horas, para
eliminar los productos de la reacción sin injertar y obtener el
rendimiento del injerto, el cual resultó igual a 85%.
\vskip1.000000\baselineskip
Esta lista de referencias citadas por el
solicitante está prevista únicamente para ayudar al lector y no
forma parte del documento de patente europea. Aunque se ha puesto
el máximo cuidado en su realización, no se pueden excluir errores u
omisiones y la OEP declina cualquier responsabilidad en este
respecto.
\bullet EP 0463402 A [0013]
\bullet JP 10283851 A [0014]
\bullet JP 6215645 A [0016]
\bullet JP 5266724 A [0017]
\bullet WO 9852197 A [0049].
Claims (19)
1. Proceso para preparar un cable eléctrico que
comprende por lo menos un conductor y por lo menos una capa de
recubrimiento aislante extruido, el cual incluye:
- -
- se recubre, mediante extrusión, el conductor con una composición polimérica que comprende un polietileno, un iniciador de radicales y por lo menos un ácido carboxílico insaturado de fórmula general (I) en forma libre:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
- en la que:
- -
- R_{1} representa H ó CH_{3};
- -
- n representa 0 ó 1; estando presente dicho ácido carboxílico insaturado en una cantidad de entre 0,0006% y 0,25% en peso, expresándose dicha cantidad como el contenido en peso de grupos -COOH con respecto al peso total de la composición polimérica;
- -
- se calienta el conductor recubierto de esta manera para obtener la reticulación de dicha composición polimérica.
2. Proceso según la reivindicación 1, en el que
el ácido carboxílico insaturado de fórmula general (I) está
presente en una cantidad de entre 0,02% y 0,15% en peso,
expresándose dicha cantidad como el contenido en peso de grupos
-COOH con respecto al peso total de la composición polimérica.
3. Proceso según la reivindicación 1 ó 2, en el
que el iniciador de radicales está presente en una cantidad de
entre 0,5 y 5 partes en peso por 100 partes en peso de la
composición polimérica.
4. Proceso según la reivindicación 3, en el que
el iniciador de radicales está presente en una cantidad de entre
1,5 y 3 partes en peso por 100 partes en peso de la composición
polimérica.
5. Proceso según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el ácido carboxílico
insaturado de fórmula general (I) se añade al polietileno en forma
de gránulos.
6. Proceso según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el ácido carboxílico
insaturado de fórmula general (I) se mezcla con el polietileno
directamente en el cilindro de la extrusora.
7. Proceso según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el polietileno es un
homopolímero de etileno o un copolímero de etileno con por lo menos
una \alpha-olefina que tiene una densidad de entre
0,860 g/cm^{3} y 0,940 g/cm^{3}.
8. Proceso según la reivindicación 7, en el que
la \alpha-olefina es una olefina de fórmula
general CH_{2}=CH-R en la que R representa un
grupo alquilo lineal o ramificado que contiene entre 1 y 10 átomos
de carbono.
9. Proceso según la reivindicación 8, en el que
la \alpha-olefina se selecciona de entre:
propileno, 1-buteno, 1-penteno,
4-metil-1-penteno,
1-hexeno, 1-octeno y
1-dodeceno, y similares.
10. Proceso según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el polietileno se selecciona
de entre: polietileno de densidad media que presenta una densidad de
entre 0,926 g/cm^{3} y 0,940 g/cm^{3}; polietileno de baja
densidad y polietileno lineal de baja densidad con una densidad de
entre 0,910 g/cm^{3} y 0,926 g/cm^{3}.
11. Proceso según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el iniciador de radicales es
un peróxido orgánico.
12. Proceso según la reivindicación 11, en el
que el peróxido orgánico se selecciona de entre: peróxido de
dicumilo, peróxido de t-butilcumilo,
2,5-dimetil-2,5-di(t-butil-peroxi)hexano,
peróxido de di-t-butilo.
13. Proceso según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el ácido carboxílico
insaturado de fórmula general (I) se selecciona de entre: ácido
acrílico y ácido vinilacético.
14. Proceso según la reivindicación 13, en el
que el ácido carboxílico insaturado de fórmula general (I) es ácido
acrílico.
15. Proceso según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el cable eléctrico es un
cable de alto voltaje.
16. Cable eléctrico de alto voltaje que
comprende por lo menos un conductor y por lo menos una capa de
recubrimiento aislante extruída que consta de una composición
polimérica que comprende un polietileno injertado con por lo menos
un ácido carboxílico insaturado de fórmula general (I):
en la
que:
R_{1} representa H ó CH_{3};
n representa 0 ó 1;
estando presente dicho ácido carboxílico
insaturado en una cantidad de entre 0,0006% y 0,25% en peso,
expresándose dicha cantidad como el contenido en peso de grupos
-COOH con respecto al peso total de la composición polimérica.
17. Cable eléctrico según la reivindicación 16,
en el que el polietileno se define según una cualquiera de las
reivindicaciones 7 a 10.
18. Cable eléctrico según la reivindicación 16 ó
17, en el que el iniciador de radicales se define según la
reivindicación 11 ó 12.
19. Cable eléctrico según una cualquiera de las
reivindicaciones 16 a 18, en el que el ácido carboxílico insaturado
se define según la reivindicación 13 ó 14.
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